JPH0793766B2

JPH0793766B2 - 直流電気車の制動制御回路

Info

Publication number: JPH0793766B2
Application number: JP58243526A
Authority: JP
Inventors: 哲治鈴木; 峯夫尾関
Original assignee: 株式会社明電舍
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPS60134707A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、直流電動機を駆動源とする直流電気車の制動
制御回路に係わり、特にプラギングと回生を併用した制
動制御回路に関する。

（従来技術と問題点）バッテリフォークリフト等の直流電気車の制動は、一般
にプラギング制動が広く行われているが、最近ではプラ
ギング制動に回生制動を併用したものが種々提案されて
いる。回生制動では、前後進切換時に電動機を発電機と
して作用させ電気車の制動エネルギーを電動機の発電力
に変えバッテリ充電エネルギーとして回収する。この回
生制動には電動機の回転数が発電機として成立する回転
数以下のときには回生制動がきかず車両の惰行になる。

そこで、従来から、前後進切換時に電動機の界磁コイル
（フイールド）に予備励磁電流を流し、電動機の電流値
から電動機が発電機として成立するか否か判定し、回生
制動とプラギング制動を使いわけるものが提案されてい
る（例えば特開昭57−6502号）。

この従来方式では、予備励磁を行ったときの電流の大小
から回生制動が可能か又はプラギング制動にすべきかを
判定し、回生制動可能であればコンタクタを回生制動側
に切換え、この後に回生制動のためにチョッパを起動す
る。

このため、電気車を前進させた後に後進する際に前進で
の制動完了になる停止状態から後進での起動のために前
後進切換え操作とアクセル操作をした場合、制御回路は
コンタクタを回生制動側に切換え、その後にチョッパの
起動までに回生制動判定のための予備励磁とその後の判
定と、後進側にコンタクタ切換えになり、これら制御が
後進のためにチョッパが最初にオンするまでの遅れが発
生し、これが発進（後進）フィーリングを悪くする問題
があった。

こうした問題を解消するものとして、回生制動にはプラ
ギング状態（前後進切換）検出でチョッパ動作を停止さ
せ、電動機の発電電流減少を待って回生回路を形成し、
その後予備励磁して回生動作させるものを本願出願人は
すでに提案している。

この改良された回路において、回生制動によって車速が
低下してくると回生制動ではトルク不足になることから
プラギング制動に戻す。この回生からプラギングへの戻
し判定に制動トルクに相関を持つ電動機電流や界磁電流
の低下に相関するチョッパ主回路の転流コンデンサ電圧
低下さらにはチョッパ導通率から判定する。この戻し判
定でのプラギング戻し電流設定値は低くするほど運動エ
ネルギーの回収効率を高めることができるが、回生から
プラギングへの戻し時に低い回生制動トルクから高いプ
ラギング制動トルクに急激なトルク変動を生じて減速フ
イーリングが悪くなる。逆に、電流設定値を高くする
と、エネルギー回収効率を悪くするほかに予備励磁に電
動機電流がプラギング戻し電流まで達しないで回生制動
から直ちにプラギングに戻るという回生制動失敗を起す
問題がある。

（発明の目的）本発明は、上述までの事情に鑑みてなされたもので、回
生からプラギングへの戻し制動に制動トルクの急激な変
動を起すことなく、しかもプラギング戻し電流設定値を
低くすることができる直流電気車の制動制御回路を提供
することを目的とする。

（発明の概要）本発明は、回生からプラギングへの戻し制御にプラギン
グ電流を徐々に高めてプラギング制動トルクをなめらか
に高めるようにしたことを特徴とする。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。電機子
１には前進用電磁接触器２のコンタクタ2A又は後進用電
磁接触器３のコンタクタ3Aを介して界磁コイル４が直列
接続され、さらにチョッパ主回路５が直列接続される。
コンタクタ2A,3Aは電気車の前進・後進切換えによって
図示状態から一方が切換わり、界磁コイル４の電流極性
を切換える。チョッパ主回路５は後述のチョッパ制御回
路によってアクセル踏込み量等に応じて導通率が制御さ
れ、コンタクタ2A,3Aを介して電動機の電流を制御す
る。

電機子１とその直流電源としてのバッテリ６との間に回
生切換用電磁接触器７のコンタクタ7A及び電機子電流検
出用シヤント抵抗1Aが設けられる。コンタクタ7Aは常開
接点ａがシヤント抵抗1Aを介して電機子１側にされ、常
閉接点ｂが予備励磁用スイッチ手段８側に接続され、回
生時にバッテリ６と電機子１との間の接続を離落させ
る。スイッチ手段８はスイッチ素子としてのトランジス
タTr₁を有し直列に予備励磁電流設定用抵抗９を有して
電機子１の他端側に接続され、回生時にバッテリ６から
コンタクタ7Aの接点ｂを介して界磁コイル４への予備励
磁電流路を形成する。

界磁コイル４の両端からバッテリ６の正極側に夫々ダイ
オード10,11が設けられる。これら一対のダイオード10,
11はチョッパ主回路５のオフ期間にコンタクタ2A,3Aの
切換状態に応じて電機子１の循環電流路形成又は電機子
１と界磁コイル４のフライホイール電流路形成の兼用に
される。電機子１の一端（シャント抵抗1A側）とバッテ
リ６の基準電位側（負極側）には回生用ダイオード12が
設けられる。このダイオード12は回生時に直流電動機の
発電電流をバッテリ６への充電路形成及びチョッパ主回
路５への励磁電流路形成に使用される。シャント抵抗1A
は電機子１を流れる電流を電圧信号として検出し、この
検出信号は後述のようにプラギングから回生への切換え
に電機子電流が一定値以下に低下したことの判定に供さ
れる。

チョッパ主回路５には並列にコンタクタ13が設けられ、
該コンタクタ13はチョッパに代えて電動機にバッテリ６
の全電圧を印加させる最高速運転のために用意される。

こうした主回路構成において、通常運転（力行）には前
後進切換スイッチ14F,14Rを通した接触器７の通電でコ
ンタクタ7Aが接点ａ側に接続され、コンタクタ2Aが接点
ａ側に接続され、アクセルの踏込み量に応じてチョッパ
主回路５の導通率が制御されて前進可変速運転がなされ
る。逆に、コンタクタ3Aが接点ａ側に接続されるときに
は後進（後退）可変速運転がなされる。この通常運転で
チョッパ主回路５のオフ期間には前進ではダイオード10
がフライホイール用としてかつダイオード11が循環電流
用として作用し、後進ではダイオード10,11が逆の作用
をする。

次に、プラギング時には前進又は後進中にコンタクタ2
A,3Aをそれまでの状態とは逆方向に切換え、界磁コイル
４の電流を逆転側に切換えてチョッパ主回路５を運転す
る。

このとき、チョッパ主回路５のオン期間ではバッテリ６
からコンタクタ7A→シャント抵抗1A→電機子１→コンタ
クタ2A又は3A→界磁コイル４→コンタクタ3A又は2A→チ
ョッパ主回路５の経路で励磁電流Ifを流し、これによっ
て電機子１に電流Iaを増大させる方向の誘起電圧を発生
させる。そして、チョッパ主回路５のオフ期間では電機
子１の増大した電流をコンタクタ2A又は3A→ダイオード
10又は11→コンタクタ7A→シャント抵抗1Aの経路で流
す。この結果、界磁コイル４を流れる界磁電流と電機子
電流との積で決まる強い制動トルクのプラギング制動を
かける。このとき、電機子１に作用する運動エネルギー
は電機子巻線，ダイオード，刷子及び刷子と整流子の接
触抵抗に消失される。従って、プラギング制動では刷子
及び整流子の表面が損傷されるばかりでなく、運動エネ
ルギーが徒らに消失される。そこで、プラギングに代え
て比較的小さい電機子電流になる回生制動を可能にした
プラギングと回生制動を併用するための制動制御回路が
以下に示すマイクロコンピュータを制御中枢部とした構
成で設けられる。

マイクロコンピュータ15は並列入出力回路（PIO）16及
びバスバッファ17をバス結合で具え、これら素子16,17
を介して力行，プラギング，回生の各運転制御信号の授
受を行う。並列入出力回路16はアクセル踏込み量に比例
する出力になるポテンショメータ18からアナログ−デジ
タル変換器19を通してデイジタル信号として取込み、こ
のデイジタル信号に応じてマイクロコンピュータ15のCP
Uがチョッパオンタイミング信号を求めて並列入出力回
路16を通してチョッパ制御回路20に主サイリスタSMのオ
ン信号を与える。チョッパ制御回路20はチョッパオンタ
イミング信号でチョッパ主回路５の主サイリスタSMのオ
ンドライブをし、一定時間後に補助サイリスタSSのオン
ドライブによって主サイリスタSMをターンオフ動作させ
る。従って、チョッパ導通率はオン期間一定でオフ期間
がマイクロコンピュータ側から制御され、アクセル踏込
み量に応じた導通率制御がなされる。

並列入出力回路16は、ドライバ21にビットデータを出力
できる接続にされ、ドライバ21とその出力回路22,23を
介して電磁接触器2,3及び７の動作制御を可能にする。
出力回路22は通常オン制御され、チョッパ主回路の転流
失敗など回路保護，故障検出時にオフ制御される。出力
回路23は通常運転でオン制御されてコンタクタ7Aを接点
ａ側にしておき、予備励磁を含む回路制動期間にオフ制
御されたコンタクタ7Aを離落させる。これら制御はマイ
クロコンピュータ15の制御のもとに行われる。以上まで
の構成及びその作用によって力行運転での制御が行われ
る。

次に、プラギングと回生制動についての構成及びその作
用を第２図のフローチャートを参照して説明する。力行
状態（ステップS1）で前後進切換スイッチ14F,14Rをそ
れまでの状態から逆転側に切換えたことを検出したとき
（ステップS2）、この検出（割込み）でマイクロコンピ
ュータ15はプラギング制御モードに入る（ステップS
3）。このプラギングモードにおいて、マイクロコンピ
ュータ15はプラギング電流Ip₁gが設定値Is以上あるか否
かの判定信号を取込む（ステップS4）。

この判定信号は電流検出回路24の出力として並列入出力
回路16から取込まれる。電流検出回路24はダイオード1
0,11のカソードと電機子１の一端（界磁コイル側）との
間に設けられ、電機子１からダイオード10又は11に流れ
る循環電流を検出しており、この検出信号が電流Isの設
定値を越えたか否かの判定出力を得る。

この判定信号がIp₁g＜Isのとき、マイクロコンピュータ
15はチョッパ動作を再開してプラギング制動を継続させ
（ステップS5）、スイッチ14F,14Rの状態からプラギン
グモードか否か判定し（ステップS6）、プラギングモー
ドが継続されていればステップS4に戻ってプラギング電
流判定という動作を繰り返し、プラギングモードの解除
で力行に戻る（ステップS7）。

ステップS4の判定で、プラギング電流Ip₁gが回生可能な
電流にあると、マイクロコンピュータ15はチョッパ動作
出力を停止し、電機子電流が減衰するに要する時間後に
並列入出力回路16及びドライバ21を通して出力回路23を
それまでのオン状態からオフ状態に切換え、回生切換用
電磁接触器７を復帰させてコンタクタ7Aを回生側（接点
ｂ）に離落させる（ステップS8）。コンタクタ7Aの離落
は電圧検出回路25によりコンタクタ7Aの接点ｂの電圧発
生として検出され、マイクロコンピュータ15は電圧検出
回路25の検出信号から確認する。この確認が得られた
後、マイクロコンピュータ15はチョッパ制御回路20に一
定周期の動作指令を与えてチョッパ動作を再開させると
共にフオトカプラ26を一定時間オン動作させ、その出力
トランジスタによってスイッチ手段８をオンさせて一定
時間の予備励磁を行わせる（ステップS9）。この予備励
磁電流はバッテリ６→コンタクタ7A→スイッチ手段８→
抵抗９→コンタクタ2A（又は3A）→界磁コイル４→コン
タクタ3A（又は2A）→チョッパ主回路５の経路でチョッ
パ動作に従って流れる。

この予備励磁によって電機子１は発電機として作用し、
予備励磁終了後にマイクロコンピュータ15は回生可能と
いう判定を電機子電流から確認する（ステップS10）。
この確認のため、シヤント抵抗1Aの電圧信号を電流判定
回路27に取込んで該判定回路27の出力を並列入出力回路
16を通してマイクロコンピュータ15に取込む。電流判定
回路27は、コンパレータ27Aでマルチプレクサ27Bからの
判定基準とシャント抵抗電圧信号とを比較し、その比較
結果をトランジスタ27Cの出力として論理レベルで取出
す。マルチプレクサ27Bはマイクロコンピュータ15によ
ってその入力V_A,V_B,V_Cを選択出力し、この時点ではマイ
クロコンピュータ15は並列入出力回路16を介して回生可
能判定基準電圧V_Aを選択する。

マイクロコンピュータ15はステップ10で回生可能を確認
すると、回生制動に入る（ステップS11）。この回生制
動には、マイクロコンピュータ15はポテンショメータ18
の出力に応じてチョッパ導通率を制御し、チョッパ主回
路のオフ期間では電機子１の発電電流をコンタクタ2A又
は3A→ダイオード10又は11→バッテリ６→ダイオード12
の経路で流してバッテリ６を充電し、チョッパ主回路の
オン期間では電機子１の発電電流をコンタクタ2A又は3A
→界磁コイル４→コンタクタ3A又は2A→チョッパ主回路
５→ダイオード12の経路で流して励磁を行い、バッテリ
充電と励磁を繰り返しながら制動エネルギーをバッテリ
６への回生電力として回収させる。

マイクロコンピュータ15はステップ11の回生制動にチョ
ッパ１周期毎に電流判定回路27の出力から回生可能か否
か判定し（ステップS12）、回生可能ならステップS12に
戻って回生制動を継続し、回生不可能の電流レベル
（V_A）まで下がったと判定されたときに出力回路23をオ
ン制御して接触器７のコンタクタ7Aを接点ａ側に戻すと
いうプラギングへの戻し制御をする（ステップS13）。

このコンタクタ7Aの戻し制御後、マイクロコンピュータ
15はプラギング制動制御を行う。この制御には、制動開
始時に電機子電流を徐々に高めるソフトスタート制御を
行い（ステップS14）、ソフトスタート後に通常のプラ
ギング制動制御に入る（ステップS5）。

このソフトスタート制御には、直接にチョッパの導通率
制御を滑らかに上昇させる方法又はプラギング電流制限
制御のもとにチョッパ導通率を滑らかに上昇させる方
法、さらにはこれらの組合せ方法が考えられる。

本実施例では組合せ方法によるソフトスタート制御方法
を示す。コンタクタ7Aを力行側に戻した後、マイクロコ
ンピュータ15は電流判定回路27の判定基準電圧をV_B1に
切換制御し、電機子電流の検出信号がこの電圧V_B1に達
するまではチョッパ導通率を最低の状態から一定の傾斜
で徐々に上昇させるようチョッパ制御回路20を制御し、
検出信号が電圧V_B1に達したことを判定回路27から得る
と電圧をV_B2に切換制御すると共に該切換時点の導通率
から一定の傾斜で徐々に上昇させる制御をする。そし
て、電機子電流がV_B2に相当する値まで達すると、通常
のプラギング制動と同じ制御に入る。

なお、チョッパの導通率を直接に制御するときはソフト
スタート関数発生テーブルに従ってマイクロコンピュー
タ15がカウンタ制御してチョッパオンタイミング信号を
得ることで実現されるし、電機子電流から制限するとき
はマルチプレクサ27Bの入力V_B1,V_B2を多段にして順次切
換えることで実現される。

こうしたソフトスタート制御を行うことにより、電機子
電流は第３図に示すようにすることができる。すなわ
ち、プラギング期間Tp₁gから回生期間Tregを経てプラギ
ング戻し期間Tp₁g′に入るのに、電機子電流の上昇を滑
らかにすることにより、該電流に相関を持つ制動トルク
が急激に上昇して減速フイーリングを悪くすることがな
くなる。また、制動トルクが急激に上昇するのを抑制し
て回生からプラギングへの戻し電流設定値を低くするこ
とができ、回生効率を高めることができる。

なお、第３図中、破線はソフトスタート制御を施さない
場合のプラギング戻し期間の電流立上りを例示する。T
_RUNは力行期間である。

（発明の効果）以上のとおり、本発明によれば、回生制動からプラギン
グへの戻し制御をし、プラギング制動を行うのに電機子
電流が徐々に高くなるよう制御するため、回生からプラ
ギングへの戻し制御に制動トルクの急激な変動を抑える
ことができ、しかもプラギング戻し電流設定値を低くで
きる効果がある。また、本発明によれば電流判定回路を
利用してソフトスタートを容易に実現できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図におけるマイクロコンピュータのフローチャート、第
３図は第１図におけるプラギングソフトスタートを説明
するための波形図である。１……電機子、1A……シヤント抵抗、２……前進用電磁
接触器、３……後進用電磁接触器、４……界磁コイル、
５……チョッパ主回路、７……回生切換用電磁接触器、
８……予備励磁用スイッチ手段、13……回生用ダイオー
ド、15……マイクロコンピュータ、16……並列入出力回
路、17……バスバッファ、19……アナログ−デイジタル
変換器、20……チョッパ制御回路、21……ドライバ、24
……電流検出回路、25……電圧検出回路、27……電流判
定回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主回路は、電気車の駆動用直巻直流電動機
の電機子（１）と界磁コイル（４）と、前進用・後進用
電磁接触器（2,3）と、チョッパ主回路（５）と、バッ
テリ（６）と、回生切換用電磁接触器（７）と、ダイオ
ード（10,11、12）と、スイッチ手段（８）とを有し、制御回路は、電流検出回路（24）と、電圧検出回路（2
5）と、電流判定回路（1A、27）と、制動制御手段（1
5、16、17、21）とを有し、上記前進用・後進用電磁接触器（2,3）は、上記電機子
（１）と界磁コイル（４）の直列接続方向を電気車の前
進・後進に応じて逆方向に切換えるコンタクタを有する
ものであり、上記チョッパ主回路（５）は、上記電磁接触器（２、
３）を介して界磁コイル（４）に直列接続され導通率が
制御されるものであり、上記回生切換用電磁接触器（７）は、直流電動機を回生
制動するときに離落されバッテリ（６）と上記電機子
（１）との接続を断つものであり、上記一対のダイオード（10,11）は、上記界磁コイル
（４）の両端からバッテリ（６）の正極側に電機子
（１）の循環電流路及び界磁コイル（４）のフライホイ
ール電流路を形成するものであり、上記ダイオード（12）は、上記バッテリ（６）の負極側
から上記電機子（１）への回生電流路を形成するもので
あり、上記スイッチ手段（８）は、上記回生切換用電磁接触器
（７）の離落端子から上記前進用・後進用電磁接触器
（２、３）を介して上記界磁コイル（４）への予備励磁
電流路を形成するものであり、上記電流検出回路（24）は、電機子（１）から上記一対
のダイオード（10、11）に流れる循環電流を検出し該電
流がプラギング電流設定値Isを越えたか否かの判定出力
を得るものであり、上記電圧検出回路（25）は、上記回生切換用電磁接触器
（７）の離落を検出するものであり、上記電流判定回路（1A、27）は、電機子（１）の電流検
出信号が回生制動可能な判定基準電圧以上にあるか否か
の判定をするものであり、上記制動制御手段（15、16、17、21）は、上記前進用・
後進用電磁接触器（２、３）を逆方向に切換えとき（S
2）にプラギング制御モードに入り（S3）、上記電流検
出回路（24）が設定値Isより小さい判定出力になる間は
上記チョッパ主回路（５）の制御によってプラギング制
動を継続し（S4、S5、S6）、該設定値より大きい判定出
力になるときは該チョッパ主回路（５）を一旦停止して
電機子（１）の電流を減衰させた後に上記回生切換用電
磁接触器（７）を離落させ（S8）、該離落を上記電圧検
出回路（25）の検出で確認したときに該チョッパ主回路
（５）を運転開始すると共に上記スイッチ手段（８）の
オン制御により予備励磁し（S9）、該予備励磁終了後に
上記電流判定回路（1A、27）の判定出力が回生可能にな
ければプラギング制動の継続に入り（S10）、回生可能
が確認されつづける間該チョッパ主回路（５）の導通率
制御によって回生制動を継続し（S11、S12）、該電流判
定回路（1A、27）の出力が回生不可能の判定になるとき
に該回生切換用電磁接触器（７）を復帰させ（S13）、
該チョッパ主回路（５）の導通率を滑らかに上昇制御又
はプラギング電流制限制御のもとに導通率を滑らかに上
昇制御又は両者の組合せによりプラギング制動のソフト
スタートを行う（S14）ことを特徴とする、直流電気車の制動制御回路。